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压磁式传感器的工作原理图解

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压磁式传感器的工作原理图解

压磁式(又称磁弹式)传感器是一种力-电转换传感器。其基本原理是利用某些铁磁材料的压磁效应。

1. 压磁效应

压磁效应

铁磁材料在晶格形成过程中形成了磁畴,各个磁畴的磁化强度矢量是随机的。在没有外磁场作用时,各个磁畴互相均衡,材料总的磁场强度为零。当有外磁场作用时,磁畴的磁化强度矢量向外磁场方向转动,材料呈现磁化。当外磁场很强时,各个磁畴的磁场强度矢量都转向与外磁场平行,这时材料呈现饱和现象。

在磁化过程中,各磁畴间的界限发生移动,因而产生机械变形,这种现象称为磁致伸缩效应。

铁磁材料在外力作用下,内部发生变形,使各磁畴之间的界限发生移动,使磁畴磁化强度矢量转动,从而也使材料的磁化强度发生相应的变化。这种应力使铁磁材料的磁性质发生变化的现象称为压磁效应。

铁磁材料的压磁效应的具体内容

材料受到压力时,在作用力方向磁导率减小,而在作用力垂直方向磁导率略有增大;作用力是拉力时,其效果相反。

作用力取消后,磁导率复原。

铁磁材料的压磁效应还与外磁场有关。为了使磁感应强度与应力之间有单值的函数关系,必须使外磁场强度的数值一定。

2. 压磁式传感器工作原理

压磁式传感器的工作原理

在压磁材料的中间部分开有四个对称的小孔1、2、3和4,在孔1、2间绕有激励绕组N12,孔3、4间绕有输出绕组N34。当激励绕组中通过交流电流时,铁心中就会产生磁场。若把孔间空间分成A、B、C、D四个区域,在无外力作用的情况下,A、B、C、D四个区域的磁导率是相同的。这时合成磁场强度H平行与输出绕组的平面,磁力线不与输出绕组交链,N34不产生感应电动势,如图b所示。

在压力F作用下,如图c所示,A、B区域将受到一定的应力,而C、D区域基本处于自由状态,于是A、B区域的磁导率下降、磁阻增大,C、D区域的磁导率基本不变。这样激励绕组所产生的磁力线将重新分布,部分磁力线绕过C、D区域闭合,于是合成磁场H不再与N34平面平行,一部分磁力线与N34交链而产生感应电动势e。F值越大,与N34交链的磁通越多,e值越大。

 

压磁式传感器结构

由压磁元件1、弹性支架2、传力钢球3组成。

3. 压磁元件

压磁式传感器的核心是压磁元件,它实际上是一个力-电转换元件。压磁元件常用的材料有硅钢片、坡莫合金和一些铁氧体。

最常用的材料是硅钢片。为了减小涡流损耗,压磁元件的铁心大都采用薄片的铁磁材料叠合而成。

冲片形状

4. 压磁传感器的应用

压磁式传感器具有输出功率大、抗干扰能力强、过载性能好、结构和电路简单、能在恶劣环境下工作、寿命长等一系列优点。目前,这种传感器已成功地用在冶金、矿山、造纸、印刷、运输等各个工业部门。例如用来测量轧钢的轧制力、钢带的张力、纸张的张力,吊车提物的自动测量、配料的称量、金属切削过程的切削力以及电梯安全保护等。